Свойства выхлопных газов

Многие владельцы дизельных автомобилей, генераторов, котлов беспокоятся о выхлопных газах. И не напрасно, ведь хорошо известно, что выхлопные газы токсичны. Главный вопрос, который они задают: — Каково поведение выхлопных газов и как скоро они улетучатся сами по себе? Постараемся ответить на эти вопросы…

Начнем с того, что выхлопные газы современных двигателей внутреннего сгорания, к которым относятся так же и дизельные двигатели, вовсе не один газ, а смесь газов. Каждый из них обладает определенными свойствами, которые определяют не только токсичность, но и летучесть.

Летучесть – это свойство газа подниматься в атмосфере вверх или опускаться вниз. Летучесть зависит от плотности газа. Если он плотнее воздуха – газ опускается, наоборот – поднимается.

Выхлопной коктейль состоит из более чем 200 компонентов. Вот только основные:

• Азот (N) – доля в выхлопе около 77%. Не токсичен.
• Кислород (О₂) – доля в выхлопе 2-15%. Не токсичен.
• Пары воды (H₂O) – доля в выхлопе около 3%. Не токсичны.

Эти газы, абсолютно безобидны и являются компонентами атмосферного воздуха, который используется в дизельных двигателях для образования топливной смеси. Из-за того, что эти газы химически и физически весьма стабильны, они не претерпевают каких-либо изменений.

• Углекислый газ (СО₂) – доля в выхлопе около 5%. Не токсичен, является продуктом сгорания топлива. Он полезен для роста растений, однако оказывает негативное влияние на атмосферу Земли, повышая ее температуру.
  Плотность углекислого газа – 1,97 кг/м 3 . Он тяжелее воздуха, следовательно, не поднимается вверх, а наоборот скапливается в подвалах, канавах, углублениях.
• Угарный газ (СО) – доля в выхлопе около 2%. Очень токсичен. Опасен тем, что не имеет цвета и запаха. Угарный газ воздействует на нервную и сердечно сосудистую систему человека, вызывая кислородное голодание, сонливость, обмороки, удушье, смерть.
  Плотность угарного газа – 1,15 кг/м 3 . Он чуть легче воздуха, следовательно, поднимается вверх, медленно скапливаясь в мансардах, под крышами домов.
• Оксид азота (NO₂) – доля в выхлопе около 0,5%. Очень токсичен. Представляет собой газ бурого цвета с характерным запахом.
  При контакте NO₂ с влагой (слизистые оболочки глаз, носа, бронхов) образуется азотная кислота, поражающая легкие человека. При высоких концентрациях NO2 возникают астма и отек легких.
  NO₂ опасен тем, что вдыхая его в достаточно высоких концентрациях, человек не имеет неприятных ощущений и не предполагает опасности отравления. При длительном воздействии NO2, у человека развивается хронический бронхит, гастрит, язва желудка, сердечная недостаточность, нервные расстройства.
  Плотность оксида азота – 2,05 кг/м 3 . Он тяжелее воздуха, следовательно, опускается вниз, скапливаясь в подвалах, канавах, углублениях.
• Углеводороды (C_xH_x) – доля в выхлопе около 0,2%. Токсичны. Даже в малых концентрациях вызывают головную боль, головокружение, обмороки. Они оказывают неблагоприятное воздействие на сердечно сосудистую систему человека. Углеводородные соединения обладают также канцерогенным действием. Канцерогены — это вещества, способствующие возникновению и развитию раковых заболеваний.

Особой канцерогенной активностью отличается ароматический углеводород бензапирен С₂₀H₁₂, который хорошо растворяется в маслах, жирах, сыворотке человеческой крови. Накапливаясь в организме человека до опасных концентраций, бензапирен стимулирует образование злокачественных опухолей.

C_xH_x легче воздуха, следовательно, поднимаются вверх, скапливаясь в мансардных помещениях, под крышами домов, сараев.

Альдегиды (R-CHO) – доля в выхлопе около 0,005%. Токсичны. Вызывают раздражение слизистой оболочки дыхательных путей, глаз и т. д. Способны накапливаться в организме, приводя к хроническим заболеваниям.
Альдегиды тяжелее воздуха, следовательно, опускаются вниз, скапливаясь в подвалах, канавах, углублениях.

Сернистый ангидрид (SO₂) – доля в выхлопе около 0,05%. Токсичен. При взаимодействии с водой образует серную кислоту. Пагубно воздействует на слизистые оболочки дыхательных путей, глаз. Обладает резким, неприятным запахом.
Плотность SO₂ – 2,63 кг/м 3 . Он тяжелее воздуха, следовательно, опускается вниз, скапливаясь в подвалах, канавах, углублениях.

Вот такая картина. Кроме того, следует учесть, что время жизни некоторых ядовитых компонентов до 5 лет. Накапливаясь где-то в подвалах жилых построек, гаражах эти газы вряд ли «уйдут» сами, как надеются многие владельцы дизельной техники. Они скорее отравят всё живое…

Отсюда вытекают основные правила безопасности:

• Не стоять рядом с прогреваемым автомобилем.
• Прогревать автотранспорт желательно на открытой и продуваемой местности, а не у стены, и уж тем более, не в гараже!
• Не размещать дизельные генераторы внутри жилых домов. Лучше – как можно дальше от жилья, людей, растений, внутри хорошо проветриваемых специальных построек.

Кстати, обращаем ваше внимание на последний пункт. Его нарушает каждый второй владелец загородной недвижимости в нашей стране. Объяснение простое – возможность воровства.

Так неужели лучше умереть?

Топливная компания «Ойл-Экспо» — оптовые поставки дизельного топлива по Москве и Московской области на объекты заказчика.

Выхлопные газы, их состав и действие на организм человека

Выхлопные газы — основной источник токсичных веществ двухтактного и четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, которые загрязняют нашу окружающую среду. Наиболее остро это ощущается в крупных городах. Отработавшие газы — это неоднородная смесь различных газообразных веществ с разнообразными химическими и физическими свойствами, состоящая из продуктов полного и неполного сгорания топлива, избыточного воздуха, аэрозолей и различных микропримесей (как газообразных, так и в виде жидких и твердых частиц), поступающих из цилиндров двигателей в его выпускную систему. В своем составе они содержат около 300 различных веществ, большинство из которых — токсичны.

Основными нормируемыми токсичными компонентами выхлопных газов двигателей являются оксиды углерода, азота и углеводорода. Кроме того, с выхлопными газами в атмосферу поступают предельные и непредельные углеводороды, альдегиды, канцерогенные вещества, сажа и другие компоненты.

Состав выхлопных газов

Компоненты выхлопного газа	Содержание по объему, %		Токсичность
	Двигатель
	бензин	дизель
Азот	74,0 — 77,0	76,0 — 78,0	нет
Кислород	0,3 — 8,0	2,0 — 18,0	нет
Пары воды	3,0 — 5,5	0,5 — 4,0	нет
Диоксид углерода	5,0 — 12,0	1,0 — 10,0	нет
Оксид углерода	0,1 — 10,0	0,01 — 5,0	да
Углеводороды неканцерогенные	0,2 — 3,0	0,009 — 0,5	да
Альдегиды	0 — 0,2	0,001 — 0,009	да
Оксид серы	0 — 0,002	0 — 0,03	да
Сажа, г/м3	0 — 0,04	0,01 — 1,1	да
Бензопирен, мг/м3	0,01 — 0,02	до 0,01	да

При работе двигателя на этилированном бензине в составе выхлопных газов присутствует свинец, а у двигателей, работающих на дизельном топливе — сажа.

Мероприятия по снижению концентрации токсичных веществ в выхлопных газах

В настоящее время Правительства всех стран вводит определенные нормы на концентрацию вредных веществ в выхлопных газах автомобилей. Поэтому производители автомобилей, чтобы попасть на рынок, вынуждены проводить модернизацию систем ДВС с целью снижения уровня токсичных веществ.

Такими системами могут служить каталитические нейтрализаторы, сажевые фильтры, мочевина и многое другое. Так, например, для дизельных двигателей устанавливаются нейтрализаторы выхлопных газов, которые позволяют снизить токсичность на 80%. В системах безниновых двигателй устанавливают антитоксикатор в систему питания, что также позволяет добиться снижения концентрации вредных веществ.

Недоксид или моноксид — он же угарный газ (CO)

Прозрачный, не имеющий запаха ядовитый газ, немного легче воздуха, плохо растворим в воде. Оксид углерода продукт неполного сгорания топлива, на воздухе горит синим пламенем с образованием диоксида углерода (углекислого газа). В камере сгорания двигателя CO образуется при неудовлетворительном распыливании топлива, в результате холоднопламенных реакций, при сгорании топлива с недостатком кислорода, а также вследствие диссоциации диоксида углерода при высоких температурах. При последующем сгорании после воспламенения (после верхней мертвой точки, на такте расширения) возможно горение оксида углерода при наличии кислорода с образованием диоксида. При этом процесс выгорания CO продолжается и в выпускном трубопроводе. Необходимо отметить, что при эксплуатации дизелей концентрация CO в выхлопных газах невелика (примерно 0,1 — 0,2%), поэтому, как правило, концентрацию CO определяют для бензиновых двигателей.

Оксиды азота (NO, NO2, N2O, N2O3, N2O5, в дальнейшем NOx)

Оксиды азота являются одними из наиболее токсичных компонентов отработавших газов. При нормальных атмосферных условиях азот представляет собой весьма инертный газ. При высоких давлениях и особенно температурах азот активно вступает в реакцию с кислородом. В выхлопных газах двигателей более 90% всего количества NOx составляет оксид азота NO, который ещё в системы выпуска, а затем и в атмосфере легко окисляется в диоксид (NO2). Оксиды азота раздражающе воздействуют на слизистые оболочки глаз, носа, разрушают легкие человека, так как при движении по дыхательному тракту они взаимодействуют с влагой верхних дыхательных путей, образуя азотную и азотистую кислоты. Как правило, отравление организма человека NOx проявляется не сразу, а постепенно, причем каких либо нейтрализующих средств нет.

Закись азота (N2O гемиоксид, веселящий газ) газ с приятным запахом, хорошо растворим в воде. Обладает наркотическим действием.

NO2 (диоксид) бледно-желтая жидкость, участвующая в образовании смога. Диоксид азота используется в качестве окислителя в ракетном топливе. Считается, что для организма человека оксиды азота примерно в 10 раз опаснее CO, а при учете вторичных превращений в 40 раз. Оксиды азота представляют опасность для листьев растений. Установлено, что их непосредственное токсичное влияние на растения проявляется при концентрации NOx в воздухе в пределах 0,5 — 6,0 мг/м3. Азотная кислота вызывает сильную коррозию углеродистых сталей. На величину выброса оксидов азота оказывает значительное влияние температура в камере сгорания. Так, при повышении температуры от 2500 до 2700 К скорость реакции увеличивается в 2,6 раза, а при уменьшении от 2500 до 2300 К — уменьшается в 8 раз, т.е. чем выше температура, тем выше концентрация NOx. Ранний впрыск топлива или высокие давления сжатия в камере сгорания также способствуют образованию NOx. Чем выше концентрация кислорода, тем выше концентрация оксидов азота.

Углеводороды (CnHm этан, метан, этилен, бензол, пропан, ацетилен и др.)

Углеводороды органические соединения, молекулы которых построены только из атомов углерода и водорода, являются токсичными веществами. В выхлопных газах содержится более 200 различных CH, которые делятся на алифатические (с открытой или закрытой цепью) и содержащие бензольное или ароматическое кольцо. Ароматические углеводороды содержат в молекуле один или несколько циклов из 6 атомов углерода, соединенных между собой простыми или двойными связями (бензол, нафталин, антрацен и др.). Имеют приятный запах. Наличие CH в отработавших газах двигателей объясняется тем, что смесь в камере сгорания является неоднородной, поэтому у стенок, в переобогащенных зонах, происходит гашение пламени и обрыв цепных реакций Не полностью сгоревшие CH, выбрасываемые с выхлопными газами и представляющие собой смесь нескольких сотен химических соединений, имеют неприятный запах. CH являются причиной многих хронических заболеваний. Токсичны также и пары бензина, которые являются углеводородами. Допустимая среднесуточная концентрация паров бензина составляет 1,5 мг/м3. Содержание CH в выхлопных газах возрастает при дросселировании, при работе двигателя на режимах принудительного холостого хода (ПХХ, например, при торможении двигателем). При работе двигателя на указанных режимах ухудшается процесс смесеобразования (перемешивания топливовоздушного заряда), уменьшается скорость сгорания, ухудшается воспламенение и, как результат, — возникают его частые пропуски. Выделение CH вызывается неполным сгоранием вблизи холодных стенок, если до конца сгорания остаются места с сильным локальным недостатком воздуха, недостаточным распыливанием топлива, при неудовлетворительном завихрение воздушного заряда и низких температурах (например, режим холостого хода). Углеводороды образуются в переобогащенных зонах, где ограничен доступ кислорода, а также вблизи сравнительно холодных стенок камеры сгорания. Они играют активную роль в образовании биологически активных веществ, вызывающих раздражение глаз, горла, носа и их заболевание, и наносящих ущерб растительному и животному миру.

Углеводородные соединения оказывают наркотическое действие на центральную нервную систему, могут являться причиной хронических заболеваний, а некоторые ароматические CH обладают отравляющими свойствами. Углеводороды (олефины) и оксиды азота при определенных метеорологических условиях активно способствуют образованию смога.

Смог от выхлопных газов.

Смог (Smog, от smoke дым и fog — туман) ядовитый туман, образуемый в нижнем слое атмосферы, загрязненной вредными веществами от промышленных предприятий, выхлопными газами от автотранспорта и теплопроизводящих установок при неблагоприятных погодных условиях. Он представляет собой аэрозоль, состоящую из дыма, тумана, пыли, частичек сажи, капелек жидкости (во влажной атмосфере). Возникает в атмосфере промышленных городов при определенных метеорологических условиях. Поступающие в атмосферу вредные газы вступают в реакцию между собой и образуют новые, в том числе и токсичные соединения. В атмосфере при этом происходят реакции фотосинтеза, окисления, восстановления, полимеризации, конденсации, катализа и т.д. В результате сложных фотохимических процессов, стимулируемых ультрафиолетовой радиацией Солнца, из оксидов азота, углеводородов, альдегидов и других веществ образуются фотооксиданты (окислители).

Низкие концентрации NO2 могут создать большое количество атомарного кислорода, который в свою очередь образует озон и вновь реагирует с веществами, загрязняющими атмосферный воздух. Наличие в атмосфере формальдегида, высших альдегидов и других углеводородных соединений также способствует вместе с озоном образованию новых перекисных соединений. Продукты диссоциации взаимодействуют с олефинами, образуя токсичные гидроперекисные соединения. При их концентрации более 0,2 мг/м3 наступает конденсация водяных паров в виде мельчайших капелек тумана с токсичными свойствами. Их количество зависит от сезона года, времени суток и других факторов. В жаркую сухую погоду смог наблюдается в виде желтой пелены (цвет придает присутствующий в воздухе диоксид азота NO2 капельки желтой жидкости). Смог вызывает раздражение слизистых оболочек, особенно глаз, может вызвать головную боль, отеки, кровоизлияния, осложнения заболеваний дыхательных путей. Ухудшает видимость на дорогах, увеличивая тем самым количество дорожно-транспортных происшествий. Опасность смога для жизни человека велика. Так, например, лондонский смог 1952 г. называют катастрофой, так как за 4 дня от смога погибло около 4 тыс. человек. Наличие в атмосфере хлористых, азотных, сернистых соединений и капелек воды способствует образованию сильных токсичных соединений и паров кислот, что губительно сказывается на растениях, а также сооружениях, особенно на исторических памятниках, сложенных из известняка. Природа смогов различна. Например, в Нью-Йорке образованию смога способствуют реакции фтористых и хлористых соединений с капельками воды; в Лондоне присутствие паров серной и сернистой кислот; в Лос-Анджелесе (калифорнийский или фотохимический смог) наличие в атмосфере оксидов азота, углеводородов; в Японии — присутствие в атмосфере частиц сажи и пыли.